pembiasan cahaya
DESCRIPTION
fizikTRANSCRIPT
PEMBIASAN CAHAYA
Cahaya dipesongkan apabila bergerak secara serong melalui medium yang berbeza
ketumpatan seperti melalui udara melalui kaca melalui air. Keadaan ini disebut sebagai
pembiasan cahaya. Cahaya bergerak lebih laju melalui udara daripada melalui air. Cahaya
juga bergerak lebih laju melalui udara daripada melalui kaca. Oleh itu cahaya yang bergerak
secara serong dipesongkan apabila melalui dua medium yang berbeza. Cahaya yang
bergerak lurus melalui medium yang berbeza tidak dibiaskan.
Pembiasan ke arah garis normal
Berlaku apabila cahaya bergerak
daripada medium kurang tumpat
kepada medium lebih tumpat
Contohnya: pergerakan cahaya dari
udara ke kaca
Pembiasan menjauhi garis normal
Berlaku apabila cahaya bergerak
daripada medium lebih tumpat kepada
medium kurang tumpat
Contohnya: pergerakan cahaya dari
kaca ke air
Tiada pembiasan
Berlaku apabila cahaya bergerak
daripada medium satu medium ke satu
medium lain pada sudut tegak
Rajah 1
Sinar tuju
Sinar cahaya yang menghentam permukaan kanta
Sinar pembiasan
Sinar yang mengalami perubahan halaju dan arah apabila
melalui sesuatu medium ke medium lain yang berbeza
ketumpatan
Sudut tuju
Sudut di antara sinar tuju dan garis normal
Sudut pembiasan
Sudut di antara sinar pembiasan dan garis normal
Hukum Pembiasan
Terdapat dua hukum pembiasan. Apabila satu sinar cahaya bergerak dari satu medium ke
satu medium lain:
1) Sinar tuju (i) dan sinar pembiasan (r) berada pada sisi yang berlawanan garis
normal. Sinar tuju, sinar pembiasan dan garis normal pula kesemuanya berada pada
satah yang sama.
2) Nisbah sinus sudut tuju kepada sinus sudut pembiasan, adalah pemalar.
Pemalar (n) = sin i
sin r
Nisbah ini juga dikenali sebagai Hukum Snell. Nilai pemalarnya (n) adalah indeks
pembiasan bagi sesuatu medium bahan . Nilai ini tetap walau pada sudut tuju
berlainan.
Indeks Pembiasan
Cahaya bergerak dengan kelajuan yang berbeza di dalam medium yang berlainan
ketumpatan. Nilai indeks pembiasan (n) menunjukkan kadar pembiasan yang yang berlaku.
Takrifan Indeks Pembiasan
Indeks Pembiasan juga ditakrifkan sebagai nisbah sinus sudut tuju terhadap sinus sudut
pembiasan.
Indeks pembiasan (n) = sin (i)
sin (r)
Kelajuan cahaya dalam vakum ialah sekitar 3.0 x 108 ms-1. Cahaya bergerak lebih perlahan
dalam bahan lutsinar berbanding dalam vakum. Indeks Pembiasan sesuatu medium (n)
ditakrifkan sebagai nisbah halaju cahaya di dalam udara atau vakum (c) terhadap halaju
cahaya dalam sesuatu medium (v). Contohnya:
Indeks pembiasan air (n) = Halaju cahaya dalam udara = c
Halaju cahaya dalam air v
Indeks pembiasan tidak mempunyai unit. Ia merupakan penanda aras bagi tahap
keupayaan pembengkokkan cahaya sesuatu medium apabila satu sinar cahaya memasuki
permukaan medium tersebut dari udara. Jadual 1.2 menunjukkan indeks pembiasan bagi
beberapa bahan. Semakin tinggi nilai indeks pembiasan, semakin besar pesongan cahaya
memasuki bahan tersebut.
Bahan Indeks pembiasan (n) Kelajuan cahaya / ms-1
Udara 1.00 3.0 x 108
Air 1.33 2.3 x 108
Perspek 1.49 2.0 x 108
Kaca 1.50 2.0 x 108
Berlian 2.42 1.2 x 108
Contoh Pengiraan Indeks Pembiasan Cahaya:
Contoh 1:
Kirakan nilai indeks pembiasan (n) bagi medium tersebut:
n= sin isin r
¿ sin 45 °sin 25 °
¿ 0.70710.4226
¿1.67
udara
medium
45°
25°
Contoh 2:
Dalam suatu eksperimen satu sinar cahaya ditujukan kepada permukaan air pada sudut 50°.
Jika indeks pembiasan air ialah 1.33, kirakan:
a) Sudut pembiasan r
b) Laju cahaya dalam air
Penyelesaian:
a) n=sin isin r
sin r=sin in
¿ sin 501.33
¿ 0.7661.33
¿35.17 °
b) n=cv
v= cn
¿ 3.0×108
1.33
¿2.26×108ms−1
Dalam Nyata dan Dalam Ketara
Rajah 1.1 menunjukkan bagaimana ikan di dalam air dapat dilihat oleh seseorang. Kesan ini
disebabkan oleh pembiasan yang berlaku pada permukaan air.
Dalam nyata, D ialah jarak objek sebenar, O dari permukaan air manakala dalam ketara, d
ialah jarak imej maya, I dari permukaan air. Sebagai contoh perhatikan rajah 1.2 dibawah:
2 sinar cahaya merambat dari seketul batu ke permukaan air. Di permukaan air kedua-dua
sinar dibiaskan menjauhi garis normal. Ia berlaku kerana cahaya merambat daripada
medium lebih tumpat ke medium kurang tumpat. Pandangan mata kasar tidak dapat melihat
secara membengkok, sebaliknya pandangan mata kita melihat secara lurus. Batu di dasar
kolam kelihatan tertimbul di atas dan menyebabkannya kelihatan lebih cetek. Kedalaman
asal dinamakan dalam nyata, D. Kedalaman imej batu dipanggil dalam ketara, d. Maka
indeks pembiasan,
n = Dalam nyata "D"
Dalam ketara "d"
Fenomena Semulajadi Yang Disebabkan Oleh Pembiasan Cahaya
1) Suatu kolam renang kelihatan lebih cetek daripada kedalaman sebenarnya.
2) Suatu objek yang lurus kelihatan bengkok di dalam air.
Cahaya PQ akan terbias menjauhi garis normal kerana ia merembat daripada
medium yang lebih tumpat kepada medium yang kurang tumpat. Mata pemerhati
tidak akan mengikut garis bengkok RQP, tetapi garis RS. Oleh itu kedudukan P akan
kelihatan di S. Ini menyebabkan pensil kelihatan bengkok.
Memahami Kanta
Kanta cembung
Suatu kanta cembung adalah lebih tebal pada bahagian tengah kanta daripada bahagian sisi
kanta. Untuk suatu kanta cembung, sinar cahaya selari dan berhampiran dengan paksi
utama dibiaskan ke dalam titik dan menumpu pada titik fokus setelah melalui kanta cembung
tersebut. Dengan itu kanta cembung juga dikenali sebagai kanta penumpu.
Kanta cekung
Suatu kanta cekung adalah lebih nipis pada bahagian tengah kanta daripada bahagian sisi
kanta. Untuk kanta cekung, sinar-sinar cahaya yang selari dengan paksi utama dibiaskan ke
luar dan kelihatan mencapah dari titik fokud setelah melalui kanta cekung tersebut. Dengan
itu kanta cekung juga dikenali sebagai kanta pencapah.
Pusat Optik, Titik Fokus Dan Panjang Fokus Suatu Kanta
Rajah di bawah menunjukkan beberapa bahagian penting kanta cembung dan kanta cekung.
Pusat optik, C Pusat geometri kanta. Sinar cahaya yang melalui ini tidak
mengalami sebarang penyimpangan
Paksi utama Garis yang melalui C dan berserenjang dengan kanta
Titik fokus Titik pada paksi utama di mana semua sinar yang dekat dan selari
dengan paksi utama akan menumpu setelah melalui kanta
cembung atau kelihatan mencapah darinya setelah melalui kanta
cekung
Panjang fokus, f Jarak antara pusat kanta dan titik fokus
Paksi utamaPaksi utama
Fokus utamaFokus utama
Panjang fokus
Panjang fokus
C
C
Imej Yang Dibentuk Oleh Kanta
Terdapat tiga peraturan penting yang digunakan dalam pembinaan rajah sinar untuk kanta.
Mana-mana dua daripada tiga peraturan itu boleh digunakan untuk mengenalpasti
kedudukan, saiz dan sifat imej yang dibentuk oleh suatu kanta. Peraturan pembinaan untuk
kanta cembung ialah:
Sinar tuju Sinar pembiasan
1. Selari dengan paksi utama Melalui F pada sebelah yang bertentangan
dengan sinar tuju
2. Melalui F Selari dengan paksi utama
3. Melalui C Melalui C tanpa membengkok
Manakala peraturan pembinaan untuk kanta cekung ialah:
Sinar tuju Sinar pembiasan
1. Selari dengan paksi utama Kelihatan berasal dari F pada sebelah yang
sama dengan sinar tuju
2. Menuju F Selari dengan paksi utama
3. Melalui C Melalui C tanpa membengkok
Ciri-ciri imej yang dihasilkan oleh kanta
Kanta cembung
Jarak Objek Rajah Sinar Ciri-Ciri Imej Aplikasi
u<f
Maya
tegak
Diperbesar
Pada sebelah yang
sama dengan objek
Kanta pembesar
u=2f Nyata
Songsang
Sama saiz dengan
objek
Pada sebelah yang
bertentangan dengan
objek
Mesin fotostat
Jarak Objek Rajah Sinar Ciri-Ciri Imej Aplikasi
f<u<2f
nyata
songsang
Diperbesar
Pada sebelah yang
bertentangan dengan
objek
Kanta projektor, kanta
objektif mikroskop
u=f Maya
tegak
diperbesar
Pada sebelah yang
sama dengan objek
Kanta mata teleskop
astronomi
Jarak Objek Rajah Sinar Ciri-Ciri Imej Aplikasi
u>2f
nyata
songsang
Diperkecil
Pada sebelah yang
bertentangan dengan
objek
Lensa kamera
u= infiniti Nyata
Songsang
diperkecil
Pada sebelah yang
bertentangan dengan
objek
Kanta objektif teleskop
astronomi
Kanta cekung
Imej yang terbentuk oleh kanta cekung tidak bergantung kepada kedudukan objek. Imej yang
terbetuk oleh kanta cekung sentiasa
i) Maya
ii) Tegak
iii) kecil berbanding objek
iv) berada di antara kanta dan 0bjek
u < f
u= infinity
u=2f
Pembesaran Linear
Pembesaran linear, m, ialah nisbah bagi tinggi imej terhadap tinggi objek. Pembesaran linear
merupakan ukuran sejauh mana suatu kanta membesarkan atau mengecilkan sesuatu imej.
m= Ketinggianimej , h'
Ketinggianobjek ,h
¿Jarak imej(v)Jarak objek(u)
u v
Persamaan Kanta
Persamaan kanta memberikan hubungan antara objek, jarak imej dan panjang fokus kanta.
1u+ 1v=1f
u=Jarak objek
v=Jarak imej
f=panjang fokus
Persamaan kanta boleh diaplikasikan untuk kanta cembung dan kanta cekung.
Walaubagaimanapun beberapa persetujuan tanda mesti diambil kira. Jadual di bawah
merumuskan tanda-tanda bagi jarak objek, jarak imej dan panjang fokus.
Simbol Nilai positif (+) Nilai negatif (-)
u Nyata Maya
v Nyata Maya
f Kanta cembung Kanta cekung
Aplikasi Kanta
Mikroskop Majmuk
Suatu mikroskop majmuk terdiri daripada dua kanta cembung yang berkuasa tinggi yang
mempunyai panjang fokus yang pendek. Objek yang hendak diperhatikan diletakkan antara
Fo dan 2Fo kanta objek tersebut. Kanta mata mesti ditempatkan supaya imej pertama, I1 jatuh
di kawasan antara kanta mata dan titik fokus Fe. Imej terakhir yang terbentuk oleh kanta
mata, I2 ialah imej I1 yang maya, tegak dan diperbesar. Pada penyelarasan normal, L> fo + fe
seperti yang ditunjuk rajah di bawah. Dalam penyelarasan seperti ini, imej akhir I2 adalah
songsang berbanding dengan objek, O.
Bahagian Kuasa Fungsi
Kanta objek Kuasa tinggi
Lebih berkuasa daripada
kanta mata
Panjang fokus lebih pendek
daripada kanta mata
Menerima cahaya
dari objek nyata
Membentuk imej yang
pertama, I1
Kanta mata Kuasa tinggi
Kurang berkuasa daripada
kanta objek
Panjang fokus lebih tinggi
daripada kanta objek
Mengambil I1,
sebagai objek
Menghasilkan imej
akhir, I2